昆柳龙多端直流线路故障恢复及换流站在线退站的系统稳定特性分析

近年来,多端直流系统已经成为颇具竞争力的跨区域大功率输送方案。昆柳龙(昆北-柳州-龙门)多端直流工程将多端直流的工程实践提升到特高压水平。昆柳龙直流系统包含1个常规直流换流站(昆北)和2个柔性直流换流站(柳州、龙门),系统运行方式灵活,在故障清除及恢复过程中需在3个换流站之间进行控制协同,因此控制保护及配套稳定控制系统无法直接沿用常规双端直流工程设计。首先介绍了用于系统稳定性分析的多端直流线路故障恢复及在线退站动作时序,接着分析了送端交流系统在大功率扰动下的频率响应特性,并研究了多端直流故障恢复功能对电网安全稳定影响,提出了各故障下的稳定控制措施,并以昆柳龙直流投产后的年方式数据为基础,通过数值仿真进行了验证。研究成果可为昆柳龙及其他多端直流工程的控制保护功能设计提供参考。     

昆柳龙直流工程受端高频谐振评估及抑制

电压源型换流器易在高频谐波频段呈现负阻尼从而引起谐振现象,昆柳龙直流工程作为特高压多端混合直流输电工程,需对其柔性直流受端柳州、龙门换流站的高频谐波谐振风险进行评估分析.基于阻抗分析法分析柔性直流换流站控制链路延时、前馈滤波、控制器参数对柔性直流交流阻抗变化趋势的影响,分别考虑22种、34种交流线路工况,对受端柳州站和...     

柔性直流架空线路故障自清除技术北大核心

柔性直流架空线路故障自清除技术,采用具有直流侧故障清除能力的混合型模块化多电平换流器(MMC)拓扑及故障电流清除策略,实现直流架空线路不同类型故障的快速清除和高速再启动,无需配置直流断路器等外部设备。该技术首次应用于昆柳龙直流工程。工程送端云南昆北站采用常规电网换相换流器(LCC)特高压换流阀;受端广西柳州站和广东龙门站均采用全桥、半桥功率模块混合型MMC特高压换流阀,     

柔性直流架空线路故障自清除技术

正柔性直流架空线路故障自清除技术,采用具有直流侧故障清除能力的混合型模块化多电平换流器(MMC)拓扑及故障电流清除策略,实现直流架空线路不同类型故障的快速清除和高速再启动,无需配置直流断路器等外部设备。该技术首次应用于昆柳龙直流工程。工程送端云南昆北站采用常规电网换相换流器(LCC)特高压换流阀;受端广西柳州站和广东龙门站均采用全桥、半桥功率模块混合型MMC特高压换流阀,     

混合多端直流逆变侧MMC阀组充电对LCC站的影响分析

近年来,特高压混合多端直流输电技术迅速发展。以±800 kV昆柳龙混合三端直流工程为例,结合工程调试实际情况,对特高压混合多端直流受端MMC充电后对送端LCC站的影响开展分析,提出工程现场运维建议,对特高压混合多端直流现场运维具有一定的参考意义。     

封面简介北大核心

特高压多端混合直流是指电压等级±800 k V及以上、具有3个及以上换流端、采用"常规特高压直流"与"柔性特高压直流"混合的输电系统,其可灵活匹配送受端,节省输电走廊资源,实现大容量、远距离、高利用率的多端电能输送。2020年12月,世界首个±800 k V特高压多端混合直流工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(简称昆柳龙直流工程)正式投产。工程起于云南昆北换流站,     

昆柳龙三端直流系统故障后断路器动作特性

混合多端直流输电系统通过各直流断路器配合实现运行方式转换、隔离故障以及保护等功能,研究各种故障后直流断路器动作特性,对于发现系统潜在风险具有非常重要的意义.构建了昆柳龙(昆北-柳州-龙门)特高压三端混合直流系统及直流断路器PSCAD/EMTDC仿真模型,遍历系统交流侧、站内及直流侧典型故障,针对不同故障恢复过程中断路器...     

封面简介

正特高压多端混合直流是指电压等级±800 k V及以上、具有3个及以上换流端、采用"常规特高压直流"与"柔性特高压直流"混合的输电系统,其可灵活匹配送受端,节省输电走廊资源,实现大容量、远距离、高利用率的多端电能输送。2020年12月,世界首个±800 k V特高压多端混合直流工程——乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程(简称昆柳龙直流工程)正式投产。工程起于云南昆北换流站,     

特高压柔性直流内环电流异常原因分析及改进措施

锁相环是柔性直流输电工程控制系统的关键技术之一。针对龙门换流站极2低端阀组控制系统内环电流异常导致换流器闭锁的情况,通过对故障录波的深入分析,发现现有控制策略中锁相环存在功能缺陷,于是提出预防锁相环饱和的改进措施,并在实时数字仿真系统RTDS仿真试验平台上进行仿真测试,以保障昆柳龙多端混合特高压直流输电系统安全稳定运行。     

大容量特高压多端混合直流实际运行关键特性分析

大容量特高压多端混合直流涉及多端、混合、双阀组等多种技术特点,设计难度大,运行特性复杂.结合南方电网系统特性及安稳策略,首先提出了适用于昆柳龙特高压多端直流工程的交直流故障穿越策略,并明确了穿越及恢复特性要求.接着分析了工程实际运行情况,重点对直流线路故障穿越特性、交流故障穿越特性和第三站在线退站特性等关键运行控制性能...     

基于滑模变结构控制的VSC-MTDC输电系统控制策略研究

以提高电压源型多端直流输电系统运行的可靠性和稳定性为目的,对整个输电系统进行了控制策略的研究。首先通过分析变流站的拓扑结构建立了变流站在dq坐标系下的仿射非线性数学模型,针对该模型采用基于精确线性化解耦的滑模变结构控制方法设计了变流站自身控制器。然后结合直流电压偏差控制和直流电压斜率控制各自的优点,设计了基于直流电压分段控制的多变流站间协调控制器,实现了在主导变流站故障退出后,系统仍能保证直流电压稳定和功率平衡。最后以一个典型的四端直流输电系统为例,在MATLAB/Simulink中建立了详细的模型,通过仿真验证了其具有良好的动态性能,并且通过与传统控制策略对比表明了本控制策略的优越性。     

多端柔性直流输电系统的直流电压优化控制策略

为提高多端柔性直流输电系统的运行稳定性,本文提出了一种适用于多端系统的直流电压优化控制策略。该策略结合了直流电压偏差控制策略和直流电压下垂控制策略的优点,通过直流电压的变化量来协调各换流站的工作方式,从而确保不同工况下直流网络内功率的平衡。当系统潮流波动较小时,部分与有源系统相连的换流站参与潮流调节,保持系统稳定;当潮流突变且波动剧烈时,与有源系统相连的所有换流站共同参与潮流调节,一起稳定直流电压,避免直流电压的过大波动。最后,在Matlab/Simulink仿真平台中进行了仿真分析,仿真结果验证了该策略的正确性与可行性。     

受端混联型多端直流输电系统逆变侧交流故障特性分析及协调控制策略

受端混联型多端直流输电系统具有很好的工程应用前景,但受端不同换流站在交流故障时的耦合特性复杂,其控制策略应能适应各站交流故障穿越的需求。首先研究了受端混联系统逆变侧并联模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)侧交流故障时的电流不平衡、过压过流机理,以及电网换相换流器(line commutated converter, LCC)侧交流故障时的功率返送机理。然后,基于故障特性提出了一种简单的协调控制策略,即通过在MMC从站配置基于有功不平衡量的电压补偿来实现并联站间电流平衡,通过设计合适的LCC定电流整定控制来解决严重过压问题。最后基于白鹤滩—江苏多端直流输电工程实际参数的电磁暂态仿真结果,验证了对故障机理分析的正确性和所提控制策略的有效性。协调控制策略不仅能有效解决MMC功率和电流不平衡问题、减小过压过流和避免功率返送,还能改善系统恢复性能,提升系统安全稳定性。     

适用于混合多端直流输电系统的非线性下垂控制策略

针对混合多端直流输电系统功率协调控制问题,提出了一种非线性下垂控制策略。该策略考虑了各换流站的电流裕度,由多个换流站共同维持直流电压的稳定,使电流裕度大的换流站承担较大的功率变化量,电流裕度小的换流站承担较小的功率变化量,避免出现部分换流站满载而失去对功率变化响应能力的情况。该控制策略可以协调分配各换流站有功功率,有效降低各换流站直流电压的静态偏差,且提高了系统的响应速度。用根轨迹法对所提控制策略进行了稳定性分析。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

特高压混合级联系统受端交流故障问题分析

受端混合级联直流输电系统具有经济性高、灵活性强等诸多优势,应用前景十分广泛。当其受端VSC发生交流系统故障时,换流阀功率输送能力减弱,此时,整流站功率持续输出会加剧直流侧的功率盈余,造成VSC换流器电压急剧升高。故障结束后,系统需要较长时间恢复功率正常输送,严重影响系统的正常运行和稳定性。针对特高压混合级联系统受端换流器发生交流故障时直流侧过电压问题及故障结束后的功率恢复问题,提出了电压-功率协同控制策略及基于受端交流电压变化的交流低压限流控制策略。最后采用真实控制保护装置搭建基于RTDS仿真系统的硬件在环仿真平台,验证了所提策略的可行性。     

±800kV多落点LCC-MMC直流系统控制器建模

结合线换相换流器和模块化多电平换流器直流输电各自的优点,在电力资源丰富的地区采用适用于高压大容量的LCC作为输送端电能汇集换流站,在受端的高负荷集中区域采用LCC换流站逆变成交流提供电能,对于负荷相对较小的其他区域采用多落点的MMC换流站进行逆变,以灵活分配电能。针对采用上述拓扑的±800kV白鹤滩水电直流输送工程,提出了一种适用于多落点LCC-MMC系统的协调控制策略,并在PSCAD上搭建了白鹤滩直流工程单极模型,实验证明混合系统可以平稳启动,传输功率时系统运行稳定,验证了所提出控制策略的有效性。     

并联型MMC-MTDC系统直流故障特性分析及保护策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)多用于基于高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)的多端输电系统。针对该系统中直流电缆或架空线路的意外短路或断路故障,影响输电线路和换流站安全的问题,提出一种基于三端电压裕度控制下的旁路晶闸管和直流侧IGBT断路器(IGBT-Circuit Breaker)的混合保护方案。分析了子模块闭锁前直流电流超调的数学模型及故障机理,根据直流短路电流的峰值及上升时间动态特性,选取了MMC的参数。利用仿真软件PSCAD/EMTDC对控制方法及保护策略的效果进行验证,结果表明剩余系统主站切换及时,能够持续隔离发生永久故障的线路,使得其余线路继续运行,实现了系统直流故障时及时保护,提高了系统稳定性。     

LCC-MMC混合级联型直流输电系统受端接线和控制方式

基于某规划直流工程,分析了基于电网换相换流器（line commutated converter, LCC）和模块化多电平换流器（modular multileve converter, MMC）的混合级联型输电系统受端接线和控制方式。具体考虑因素包括接入受端交流系统的形式（集中接入或分散接入）,逆变侧并联MMC的控制方式（定直流电压或定有功功率）,以及多端接入条件下LCC和MMC换流站建设形式（合站建设或分站建设）。结果显示：分散接入有助于减小逆变侧交流故障下LCC和MMC在直流侧的交互影响;并联MMC均采用定直流电压控制有助于MMC交流侧故障后系统快速恢复稳定,且利用电流均衡控制策略能够消除潜在器件参数偏差导致的电流分配不对称现象;合站建设有助于减小直流故障风险,提高系统可靠性并降低投资成本。     

特高压直流输电系统可靠性和可用率指标研究

金沙江一期直流外送工程每个直流系统额定功率高达6 400 MW,具有主接线复杂、输电距离长、可靠性要求高的特点.在送端,向家坝和溪洛渡左、右岸3个换流站相互之间联系紧密,任何一个直流系统故障都将会对其他直流系统乃至整个送端电网产生影响.对于受端电网,特高压直流系统输送的6 400 MW是一个很大的受电功率,即使失去直流单极,也会对电网产生不小的冲击.因此,对于特高压直流系统而言,可靠性是一个不容忽视的问题.文章根据我国现有直流输电系统的运行经验和故障次数、可靠性数据的统计结果,分析我国已投入运行的高压直流输电系统故障设备及故障次数占比,并结合特高压直流输电系统的主接线形式和技术特点,分析并提出了特高压直流输电系统合理的可靠性指标.     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。